电池用包装材料的制作方法_4

文档序号:9291865阅读:来源:国知局
更优选 30 : 70~70 : 30左右。通过设为这样的范围,能够进一步提高通过并用(i)非晶性的改 性聚烯烃树脂(A)和熔点在110°C以上的改性聚烯烃树脂(B)的至少一种、以及(ii)熔点 在KKTC以下的改性聚烯烃树脂(C)所带来的上述的绝缘性和耐久性提高的效果。
[0172] 如上所述,在电池的制造工序中,有时电极活性物质或电极板的碎片等微小的异 物会附着在密封层的表面,由此可能导致密封层出现薄的部分或貫通孔,导致电池用包装 材料的绝缘性降低。相对于此,在方式C的电池用包装材料中,绝缘层3由并用上述(i)和 (ii)的改性聚烯烃树脂的树脂组合物形成,因此在热封时等的施加热时具有高的耐热机械 强度,柔软性也高,能够抑制由于弯曲等应力而产生微细裂纹。因此,即使在密封层4形成 了容易在薄的部分产生的微细裂纹、由异物等造成的貫通孔、在夹杂有电解液的状态进行 热封时产生的密封层的因发泡而形成空隙等的情况下,通过绝缘层3也能够防止电解液直 接与金属层接触,使金属层2得到保护。并且,即使在密封层4夹杂有异物等时等的情况下, 通过耐热性高、机械强度和柔软性也高的绝缘层3,也能够防止因异物引起的电池用包装材 料的绝缘性降低。并且,在方式C中,绝缘层3与金属层2和密封层4的亲和性高,因而绝 缘层3与金属层2或密封层4的粘接性高,耐久性优异。
[0173] 在树脂组合物中,固化剂的含量相对于(i)非晶性的改性聚烯烃树脂(A)和熔点 在110°C以上的改性聚烯烃树脂(B)、和(ii)熔点在KKTC以下的改性聚烯烃树脂(C)的 合计100质量份,优选处于0. 1质量份~50质量份的范围,更优选0. 1质量份~30质量份 的范围。并且,在树脂组合物中,固化剂的含量,相对于这些改性聚烯烃树脂中的全部活性 羟基(羧基的羟基和末端醇羟基的合计)1当量,以固化剂中的反应基团计,优选处于1当 量~30当量的范围,更优选处于1当量~20当量的范围。由此,能够进一步提高电池用包 装材料的绝缘性和耐久性。
[0174][密封层4]
[0175] 在本发明的电池用包装材料中,密封层4是在组装电池时构成本发明的电池用包 装材料的最内层的层。在电池的组装时,使密封层4的表面彼此相互接触,将接触的部分热 熔接,能够将电池元件密封。
[0176] 用于形成密封层4的树脂成分只要是密封层4彼此能够相互热熔接的材料即可, 没有特别限定。作为这样的树脂成分,例如可以列举聚烯烃、环状聚烯烃、羧酸改性聚烯烃、 羧酸改性环状聚烯烃等。
[0177] 作为聚烯烃,具体可以列举低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线型低 密度聚乙烯等聚乙烯;均聚丙烯、聚丙烯的嵌段共聚物(例如丙烯与乙烯的嵌段共聚物)、 聚丙烯的无规共聚物(例如丙烯与乙烯的无规共聚物)等结晶性或非晶性的聚丙烯;乙 烯一丁烯一丙烯的三元共聚物等。这些聚烯烃之中,优选聚乙烯和聚丙烯。
[0178] 环状聚烯烃是烯烃与环状单体的共聚物。作为烯烃,例如可以列举乙烯、丙烯、4 一 甲基一 1 一戊烯、苯乙烯、丁二烯、异戊二烯等。另外,作为环状单体,例如可以列举降冰片 烯等环状烯烃;环戊二烯、二环戊二烯、环己二烯、降冰片二烯等环状二烯等。这些聚烯烃 中,优选环状烯烃,更优选降冰片烯。
[0179] 所谓羧酸改性聚烯烃,是用羧酸对聚烯烃进行改性而得到的聚合物。作为改性所 使用的羧酸,例如可以列举马来酸、丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、马来酸酐、衣康酸酐等。
[0180] 所谓羧酸改性环状聚烯烃,是通过将构成环状聚烯烃的单体的一部分替换成 a,0 -不饱和羧酸或其酸酐进行共聚、或者通过使a,0 -不饱和羧酸或其酸酐与环状聚 烯烃嵌段聚合或接枝聚合而得到的聚合物。被羧酸改性的环状聚烯烃可以与上述的环状聚 烯烃同样。另外,作为改性所使用的羧酸,也可以与上述的酸改性环状烯烃共聚物的改性所 使用的羧酸同样。
[0181] 在这些树脂成分中,优选列举结晶性或非晶性的聚烯烃、环状聚烯烃以及它们的 共混聚合物;更优选聚乙烯、聚丙烯、乙烯与降冰片烯的共聚物、以及它们中的2种以上的 共混聚合物。
[0182] 密封层4可以仅由1种树脂成分形成,也可以由组合2种以上树脂成分的共混聚 合物形成。并且,密封层4可以仅由1层形成,可以利用相同或不同的树脂成分由2层以上 形成。
[0183] 从进一步提高本发明的电池用包装材料的密封强度的观点出发,密封层4中,使 用纳米压痕仪,从叠层体的叠层方向上的截面将压头向密封层4按压5ym而测得的弹性 模量优选处于l〇〇MPa~lOOOMPa的范围内,更优选处于lOOMPa~800MPa的范围内。进 一步具体而言,所谓密封层4的弹性模量是指:使用纳米压痕仪,从叠层体的叠层方向上的 截面,将前端形状为三角锥(Berkovich型)的由金刚石刀头构成的压头向密封层4压入 5ym,压头被押入时的硬度。该弹性模量通过所谓的纳米压痕法测得。
[0184] 密封层4的厚度没有特别限制,例如可以为2ym~2000ym左右,优选5ym~ 1000ym左右、更优选10ym~500ym。
[0185] [粘接层5]
[0186] 在本发明的电池用包装材料中,出于使基材层1与金属层2牢固地粘接等目的,可 以进一步在基材层1与金属层2之间设置粘接层5。
[0187] 粘接层5可以由能够将基材层1与金属层2粘接的粘接剂成分形成。形成粘接层 5所使用的粘接剂可以是双液固化型粘接剂,还可以是单液固化型粘接剂。并且,形成粘接 层5所使用的粘接剂成分的粘接机理也没有特别限制,例如可以列举化学反应型、溶剂挥 发型、热熔融型、热压型等。
[0188] 作为形成粘接层5所能够使用的粘接剂成分的具体示例,可以列举聚对苯二甲酸 乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、聚间苯二 甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、共聚聚酯等聚酯系树脂;聚醚系粘接剂;聚氨酯系粘接剂;环氧 系树脂;酚醛树脂系树脂;尼龙6、尼龙66、尼龙12、共聚酰胺等聚酰胺系树脂;聚烯烃、羧 酸改性聚烯烃、金属改性聚烯烃等聚烯烃系树脂、聚乙酸乙烯酯系树脂;纤维素系粘接剂; (甲基)丙烯酸系树脂;聚酰亚胺系树脂;尿素树脂、三聚氰胺树脂等氨基树脂;氯丁二烯 橡胶、丁腈橡胶、苯乙烯一丁二烯橡胶等橡胶;有机硅系树脂等。这些粘接剂成分可以仅使 用1种,也可以将2种以上组合使用。
[0189] 粘接层5的厚度没有特别限制,例如优选为1ym~40ym左右,更优选2ym~ 30ym左右。
[0190] [水分阻挡树脂层6]
[0191] 在本发明的电池用包装材料中,通过在金属层2与绝缘层3之间以及绝缘层3与 密封层4之间的至少一处设置水分阻挡树脂层6,能够进一步提高电池用包装材料的耐湿 性。即,能够更有效地抑制水分透过电池用包装材料而导致的电解质等的劣化。
[0192] 构成水分阻挡树脂层6的原料只要能够提高电池用包装材料的耐湿性即可,没有 特别限定。水分阻挡树脂层6例如可以由氟系树脂等形成。水分阻挡树脂层6优选由含有 羟基的含氟共聚物和与该含氟共聚物反应的固化剂形成。由此,能够使金属层2与绝缘层 3以及绝缘层3与密封层4的粘接性长期稳定化,并且能够使耐热性提高,因而能够进一步 提高电池用包装材料的绝缘性和耐久性。
[0193] 作为含有羟基的含氟共聚物,没有特别限制,例如可以列举可溶于有机溶剂、且具 有醇羟基(0H基)作为分子中的交联部位的含氟共聚物等。
[0194] 作为这样的含氟共聚物,例如可以列举源自下述单体的含氟共聚物等:
[0195] 1)式:CF2=CFX〔式中,X为氟原子、氢原子或三氟甲基〕所示的氟代烯烃单体、
[0196] 2)式:CH2=CR(CH2)〔式中,R为碳原子数1~8的烷基〕所示的0-甲基取代a-烯烃单体、
[0197] 3)式:CH2=CHR1〔式中,R1为一OR2或一CH20R2(其中,R2为具有羟基的烷基)〕 所示的含羟基单体、
[0198] 4)不具有交联性官能团、并且能够与上述单体1)、2)、3)共聚的其他单体。
[0199] 作为氟代烯烃单体,例如可以列举四氟乙烯、三氟乙烯、六氟丙烯等。另外,作为 甲基取代a-烯烃单体,例如可以列举异丁烯、2 -甲基一 1 一戊烯、2 -甲基一 1 一己 烯等。另外,作为含羟基单体,例如可以列举2 -羟乙基乙烯基醚、3 -羟丙基乙烯基醚、2- 羟丙基乙烯基醚、2 -羟基一 2 -甲基丙基乙烯基醚、4 一羟丁基乙烯基醚、5 -羟戊基乙烯 基醚、6 -羟己基乙烯基醚、2 -羟乙基烯丙基醚、4 一羟丁基烯丙基醚等。氟代烯烃单体可 以仅使用1种,也可以使用2种以上。
[0200] 另外,作为能够与氟代烯烃单体、0 _甲基取代a-烯烃单体、含羟基单体共聚的 其他的单体,例如可以列举乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、(异)丁酸乙烯酯、己酸乙烯酯、月桂 酸乙烯酯、硬脂酸乙烯酯、安息香酸乙烯酯、六氟丙酸乙烯酯、三氟乙酸乙烯酯等羧酸乙烯 酯类,马来酸或富马酸的二甲酯、二乙酯、二丙酯、二丁酯、二-三氟甲酯、二-三氟甲酯、 二-六氟丙酯等马来酸或富马酸的二酯,甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚、正丙基乙烯基醚, 异丁基乙烯基醚、叔丁基乙烯基醚等烷基乙烯基醚类,环戊基乙烯基醚、环己基乙烯基醚等 环烷基乙烯基醚,苄基乙烯基醚等具有芳香基的乙烯基醚类,或者全氟乙基乙烯基醚、全氟 丙基乙烯基醚等氟代烷基乙烯基醚类等,除此之外,还可以列举巴豆酸、乙烯基乙酸、马来 酸、苯乙烯等。这些其他的单体可以仅使用1种,也可以使用2种以上。
[0201] 具有羟基的含氟共聚物例如可以通过将上述式1)~4)的单体利用乳液聚合、溶 液聚合、悬浮聚合等的公知的方法共聚而获得。具有羟基的含氟共聚物,例如可以使用将聚 苯乙烯作为标准试样、由GPC测得的数均分子量为1,000~500, 000左右、优选3, 000~ 100, 000左右的共聚物。
[0202] 另外,作为固化剂,优选与作为交联部位的羟基的反应性高的有机多异氰酸酯化 合物,例如可以列举2, 4 一甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷一 4, 4' 一二异氰酸酯、亚二甲苯二 异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、赖氨酸甲酯二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、三甲基 六亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、正戊烷一 1,4 一二异氰酸酯、它们的三聚体、 它们的加合体或缩二脲体、它们的聚合物且具有2个以上异氰酸酯基的物质、以及封端化 的异氰酸酯类等。有机多异氰酸酯化合物可以仅使用1种,也可以使用2种以上。
[0203]例如,通过使这样的含有羟基的含氟共聚物与固化剂反应,能够形成由氟系粘接 剂的固化物构成的水分阻挡树脂层6。例如,优选将含氟共聚物溶解于溶剂中,相对于该含 氟共聚物中的羟基(一 0H基)1当量添加0. 3当量以上、优选0. 5~2. 0当量的上述固化 剂。在低于〇. 3当量时,存在叠层强度降低的情况,而在超过2. 0当量时,存在未反应的异 氰酸酯基大量残存、导致叠层强度降低的情况。
[0204] 水分阻挡树脂层6的厚度没有特别限制,例如优选为0.lym~20ym左右,更优 选为0.5iim~15ym左右。
[0205] 另外,在绝缘层3与密封层4之间形成水分阻挡树脂层6的情况下,优选绝缘层3 的厚度比将绝缘层3和密封层4直接叠层的情况薄,例如绝缘层3的厚度更优选设为1ym 以下。由此,能够将密封时水分阻挡树脂层6所受到的应力向金属层2和绝缘层3分散,能 够防止水分阻挡树脂层6破裂,能够进一步提高电池用包装材料的耐湿性。
[0206] 3.电池用包装材料的制造方法
[0207] 关于本发明的电池用包装材料的制造方法,只要能够获得将规定组成的各层叠层 而成的叠层体即可,没有特别限制,例如可以例示以下的方法。
[0208] 至少将基材层1、金属层2、绝缘层3和密封层4依次叠层,得到叠层体。具体而言, 首先,将基材层1与金属层2叠层。该叠层例如可以通过使用形成粘接层5的上述的粘接 剂成分等利用干式层压法等进行。另外,作为将基材层1与金属层2叠层的方法,可以列举 将形成基材层1的树脂挤出到金属层2上而形成的方法、或者在基材层1上蒸镀金属而形 成金属层2的方法等。接着,在金属层2的与基材层1相反一侧的表面上涂布用于形成绝 缘层3的上述树脂组合物,并使其干燥。树脂组合物的涂布可以采用挤出法、凹版涂敷法、 辊涂法等涂布方法。其中,在将基材层1、金属层2和绝缘层3叠层之前,可以如上所述对构 成金属层2的金属的单面或两面实施化学转化处理。接着,从树脂组合物上叠层密封层4。 该叠层例如可以通过干式层压法等进行。其中,为了抑制水分从电池用包装材料的端面透 过、使电池的耐久性提高,可以根据需要在金属层2的表面上涂布形成水分阻挡树脂层6的 成分并使其干燥,之后,涂布形成绝缘层3的树脂组合物并干燥,在从其上形成密封层4。
[0209] 为了提高所得到的叠层体中的各层的粘接性,可以进行熟化处理等。熟化处理例 如可以通过将叠层体在30~100°C左右的温度下加热1~200小时而进行。并且,为了进 一步提高所得到的叠层体中的各层的粘接性,可以以密封层4的熔点以上的温度对所得到 的叠层体进行加热。此时的温度优选为密封层4的熔点+5°C以上、熔点+KKTC以下,更优 选熔点+l〇°C以上、熔点+80°C以下。熟化处理和以密封层4的熔点以上的温度的加热处理 可以仅进行任一种处理,也可以进行两种处理。在进行两种处理时,处理的顺序没有特别限 制,通过在进行以密封层4的熔点以上的温度的加热处理后进行熟化处理,绝缘层3的膜强 度提高,能够形成更长时间的耐久性优异的绝缘层3。另外,在进行以密封层4的熔点以上 的温度的加热处理后进行熟化处理的情况下,通过使熟化温度在80度以下,能够抑制密封 层4的结晶生长,抑制在形成电池用包装材料时出现裂纹,更有效地提高对于电解液渗透 的绝缘性。其中,在本发明中,密封层的熔点是指构成密封层的树脂成分的差示扫描量热测 定中的吸热峰温度。熟化处理中的加热和在密封层4的熔点以上的加热分别例如可以通过 热辊接触式、热风式、近红外线或远红外线式等方式进行。
[0210] 在本发明的电池用包装材料中,为了使构成叠层体的各层的制膜性、叠层化加工、 最终产品的2次加工(包装化、压花成形)适应性等提高或稳定化,构成叠层体的各层可以 根据需要实施电晕处理、喷砂处理、酸化处理、臭氧处理等的表面活性化处理。
[0211] 4.电池用包装材料的用途
[0212] 本发明的电池用包装材料可以作为用于将正极、负极、电解质等电池元件密封并 收纳的包装体使用。即,本发明的电池用包装材料能够对应于电池元件的形状而变形、能够 制成收纳电池元件的包装体。
[0213] 具体而言,将至少具备正极、负极和电解质的电池元件在与正极和负极分别连接 的金属端子突出到外侧的状态下,以在电池元件的边缘能够形成凸缘部(密封层彼此接触 的区域)的方式,用本发明的电池用包装材料被覆。接着,将凸缘部的密封层彼此热封使其 密封,由此提供由本发明的电池用包装材料(包装体)密封的电池。在使用本发明的包装 体收纳电池元件的情况下,以本发明的电池用包装材料的密封层4为内侧(与电池元件接 触的面)的方式使用。
[0214] 本发明的电池用包装材料可以用于一次电池、二次电池的任意电池,特别优选用 于二次电池。关于适用本发明的电池用包装材料的二次电池的种类,没有特别限制,例如可 以列举锂离子电池、锂离子聚合物电池、铅蓄电池、镍氢蓄电池、镍铬蓄电池、镍铁蓄电池、 镍锌蓄电池、氧化银锌蓄电池、金属空气电池、多价阳离子电池、电容器(condenser)、电容 器(capacitor)等。这些二次电池之中,作为本发明的电池用包装材料的适合的适用对象, 可以列举锂离子电池和锂离子聚合物电池。
[0215] 实施例
[0216]下面,例示实施例和比较例详细地对本发明进行说明。但本发明并不限定于实施 例。
[0217] <实施例1~5和比较例1~2 >
[0218]作为形成金属层的铝箱,使用对由软质铝((JISH4160A8021H-0)构成的铝箱 (厚度40ym)的两面实施了化学转化处理的铝箱。铝箱的化学转化处理
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